原型模式

落日映苍穹つ 2021-12-05 01:03 215阅读 0赞

**原型模式（Prototype Pattern）：**通过原型实例指定创建对象的种类，并且通过克隆这些原型来创建新的对象。原型模式是一种创建型模式

完成原型模式一般需要3个角色，抽象原型类、具体原型类、客户类

抽象原型类：声明克隆方法的接口、抽象类或具体实现类。是所有具体原型类的公共父类

具体原型类：实现抽象原型类，实现抽象原型类中的克隆方法，并在克隆方法中返回自己的一个克隆对象

客户类：通过原型对象克隆自己创建新的对象

实例代码如下

定义抽象原型类，声明克隆方法

package com.design.prototype;
    
    /**
     * 抽象原型类
     */
    public interface Prototype {
    
        //声明克隆方法
        Prototype clone();
    }

定义具体原型类，实现抽象原型类，实现克隆方法

package com.design.prototype;
    
    /**
     * 具体原型类
     */
    public class ConcretePrototype implements Prototype{
    
        private String name;
    
        public String getName() {
            return name;
        }
    
        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }
    
        @Override
        public Prototype clone() {
            Prototype prototype = new ConcretePrototype();
            ((ConcretePrototype) prototype).setName(this.name);
            return prototype;
        }
    
        @Override
        public String toString() {
            return "ConcretePrototype{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    '}' + super.toString();
        }
    }

定义客户类，调用测试

package com.design.prototype;
    
    public class TestMain {
    
        public static void main(String[] args) {
            Prototype prototype = new ConcretePrototype();
            System.out.println(prototype);
           
            //克隆 prototype1 对象
            Prototype prototype1 = prototype.clone();
            System.out.println(prototype1);
        }
    }

上述示例代码可以作为原型模式的通用实现，与编程语言特性无关

下边来谈 java 语言实现原型模式

**java 语言实现原型模式**

使用 java 语言实现原型模式很简单。了解 java 语言的人都知道，在 java 语言中所有的类都继承自 java.lang.Object 类，而 Object 类提供了一个 clone（）方法，可以将 java 对象进行克隆。因此，使用 java 语言实现原型模式可以不定义抽象原型类，直接使用 Object 类提供的 clone（）方法实现对 java 对象的克隆

示例代码如下

定义书籍类

注意：要实现克隆的 java 类必须实现 Cloneable 接口，表示这个 java 类支持复制

这里的 clone（） 方法直接使用了父类 Object 的 clone（）方法

package com.design.prototype.javaprototype;
    
    import java.util.Date;
    
    public class Book implements Cloneable{
    
        public Book(String bookName, String bookAuthor, Date date){
            this.bookName = bookName;
            this.bookAuthor = bookAuthor;
            this.date = date;
        }
    
        private String bookName;
    
        private String bookAuthor;
    
        private Date date;
    
        public String getBookName() {
            return bookName;
        }
    
        public void setBookName(String bookName) {
            this.bookName = bookName;
        }
    
        public String getBookAuthor() {
            return bookAuthor;
        }
    
        public void setBookAuthor(String bookAuthor) {
            this.bookAuthor = bookAuthor;
        }
    
        public Date getDate() {
            return date;
        }
    
        public void setDate(Date date) {
            this.date = date;
        }
    
        @Override
        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
            return super.clone();  //浅克隆
        }
    
        @Override
        public String toString() {
            return "Book{" +
                    "bookName='" + bookName + '\'' +
                    ", bookAuthor='" + bookAuthor + '\'' +
                    ", date=" + date +
                    '}'+ super.toString();
        }
    }

测试调用

package com.design.prototype.javaprototype;
    
    import java.util.Date;
    
    public class TestMain {
    
        public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
            Book book = new Book("红楼梦", "曹雪芹", new Date());
    
            Book book1 = (Book) book.clone();
    
            System.out.println(book);
            System.out.println(book1);
    
            System.out.println(book == book1);
            System.out.println(book.getBookName() == book1.getBookName());
        }
    }

测试结果如下图

![20190717164006791.png][]

通过打印出的结果可以看出，使用原型模式成功克隆出来 book1 对象

但是，如果仔细观察会发现 book 对象和 book1 对象的 bookName 属性的内存地址值完全相等，通过 debug 进一步分析

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dzanp6Y2Jx_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

发现 book 对象和 book1 对象的属性确实指向了相同的内存地址，这里我们引入两个概念，浅克隆和深克隆

**浅克隆：**若原型对象的成员变量是值类型，则复制一份给克隆对象；若原型对象的成员变量是引用类型，则将引用对象的内存地址复制一份给克隆对象，即原型对象和克隆对象的成员变量都指向相同的内存地址。简单的讲，浅克隆只复制对象本身及其中包含的值类型的成员变量，引用类型的成员对象并没有被复制

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dzanp6Y2Jx_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

**深克隆：**无论原型对象的成员变量是值类型还是引用类型，都复制一份给克隆对象

了解了浅克隆和深克隆的概念后，就知道上边的代码其实实现的是浅克隆的原型模式

下边代码演示深克隆的原型模式

这里自定义克隆方法

package com.design.prototype.javaprototype;
    
    import java.io.*;
    import java.util.Date;
    
    public class DeepBook implements Serializable {
    
        public DeepBook(String bookName, String bookAuthor, Date date){
            this.bookName = bookName;
            this.bookAuthor = bookAuthor;
            this.date = date;
        }
    
        private String bookName;
    
        private String bookAuthor;
    
        private Date date;
    
        public String getBookName() {
            return bookName;
        }
    
        public void setBookName(String bookName) {
            this.bookName = bookName;
        }
    
        public String getBookAuthor() {
            return bookAuthor;
        }
    
        public void setBookAuthor(String bookAuthor) {
            this.bookAuthor = bookAuthor;
        }
    
        public Date getDate() {
            return date;
        }
    
        public void setDate(Date date) {
            this.date = date;
        }
    
        /**
         * 自定义深克隆方法
         * @return
         */
        public DeepBook clone(){
            DeepBook deepBook = null;
            try {
                ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
                ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream);
                objectOutputStream.writeObject(this);
    
                ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(byteArrayOutputStream.toByteArray());
                ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(byteArrayInputStream);
                try {
                    deepBook = (DeepBook) objectInputStream.readObject();
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return deepBook;
        }
    }

测试调用

package com.design.prototype.javaprototype;
    
    import java.util.Date;
    
    public class TestMain {
    
        public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
            DeepBook deepBook = new DeepBook("三国演义","罗贯中", new Date());
            DeepBook deepBook1 = deepBook.clone();
    
            System.out.println(deepBook.getBookName() == deepBook1.getBookName());
        }
    }

![20190717174510700.png][]

控制台打印 false，说明实现了深克隆

**原型模式总结**

优点：创建新的较为复杂的对象时，使用原型模式可以简化创建过程；扩展性好；深克隆方式可以保存对象状态

缺点：因为每个类配备一个克隆方法，所以对已有的类进行改造时，违背了开闭原则；深克隆编写较为复杂的代码比较麻烦

适用场景：创建新的对象成本较大，通过原型模式复制得到可以减少资源占用；构造函数比较复杂；循环体中创建大量对象

[20190717164006791.png]: /images/20211205/4d4f607fc02f43bf97388b505ca3865f.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dzanp6Y2Jx_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20211205/3a3fa00826dd48d59bd3059551d9f685.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dzanp6Y2Jx_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20211205/1f5e6e2b9bc440228e19fd92fc80a9af.png
[20190717174510700.png]: /images/20211205/e74af43d79334df5ae485646a937d482.png